Desarrollan una técnica de imagen 3D para visualizar el daño en tejido pulmonar después del COVID-19

Físicos de la Universidad de Göttingen, junto con patólogos y especialistas en pulmones de la Universidad Médica de Hannover (Alemania), han desarrollado una técnica de imágenes tridimensionales que permite una representación tridimensional y de alta resolución del tejido pulmonar dañado después de un COVID-19 con cuadro clínico grave.

Utilizando una técnica especial de microscopía de rayos X, pudieron obtener imágenes de los cambios causados por el coronavirus en la estructura de los alvéolos (los diminutos sacos de aire del pulmón) y la vasculatura. Los resultados del estudio se publicaron en la revista de investigación eLife .

En los casos graves de COVID-19, los investigadores observaron cambios significativos en la vasculatura, inflamación, coágulos de sangre y «membranas hialinas», que están compuestas de proteínas y células muertas depositadas en las paredes alveolares, lo que dificulta o imposibilita el intercambio de gases.

Con su nuevo enfoque de imágenes, estos cambios pueden visualizarse por primera vez en volúmenes de tejido más grandes, sin cortar y teñir o dañar el tejido como en la histología convencional. Es particularmente adecuado para trazar pequeños vasos sanguíneos y sus ramas en tres dimensiones, localizar las células del sistema inmunológico que se reclutan en los sitios de inflamación y medir el grosor de las paredes alveolares. Debido a la reconstrucción tridimensional, los datos también podrían utilizarse para simular el intercambio de gases.

«Mediante la tomografía con zoom se pueden escanear grandes áreas de tejido pulmonar incrustadas en cera, lo que permite un examen detallado para localizar áreas particularmente interesantes alrededor de la inflamación, los vasos sanguíneos o los tubos bronquiales», explica el autor principal, Tim Salditt.

Dado que los rayos X penetran profundamente en los tejidos, esto permite a los científicos comprender la relación entre la estructura tisular microscópica y la arquitectura funcional más amplia de un órgano. Esto es importante, por ejemplo, para visualizar el árbol de vasos sanguíneos hasta los capilares más pequeños.

Los autores prevén que esta nueva técnica de rayos X será una extensión de la histología e histopatología tradicionales, áreas de estudio que se remontan al siglo XIX, cuando los microscopios ópticos acababan de estar disponibles y los patólogos podían así desentrañar los orígenes microscópicos de muchas enfermedades. Incluso hoy en día, los patólogos siguen siguiendo los mismos pasos básicos para preparar e investigar los tejidos: fijación química, corte, tinción y microscopía. Sin embargo, este enfoque tradicional no es suficiente si se requieren imágenes tridimensionales o si hay que examinar, digitalizar o analizar grandes volúmenes con programas informáticos.

Las imágenes tridimensionales son bien conocidas gracias a la tomografía computarizada (TC) médica. Sin embargo, la resolución y el contraste de esta técnica convencional no son suficientes para detectar la estructura de los tejidos con una resolución celular o subcelular. Por lo tanto, los autores utilizaron el «contraste de fase», que aprovecha las diferentes velocidades de propagación de los rayos X en el tejido para generar un patrón de intensidad en el detector.

Estos investigadores desarrollaron una óptica de iluminación especial y algoritmos para reconstruir imágenes nítidas a partir de estos patrones, un enfoque que ahora han adaptado para el estudio del tejido pulmonar afectado por la progresión grave de COVID-19. El equipo de Göttingen pudo registrar el tejido pulmonar con un tamaño y una resolución escalables, lo que permitió obtener tanto una visión general más amplia como reconstrucciones de primer plano. Dependiendo del escenario, su método puede incluso producir detalles estructurales por debajo de la resolución de la microscopía de luz convencional.